Principi di Affidabilità e Manutenibilità: Applicazioni della Termografia e FMECA

Domande di Ripasso

Termografia a Infrarossi: Caratteristiche e Applicazioni

La termografia a infrarossi è una tecnica che consente di visualizzare e misurare con accuratezza le temperature superficiali senza contatto fisico e a distanza.

Gli occhi umani non percepiscono la radiazione infrarossa emessa da un oggetto, ma le termocamere sono capaci di rilevare tale energia tramite sensori a infrarossi. Questo permette di determinare la temperatura superficiale in tempo reale, senza necessità di contatto.

Sul display della termocamera è presente una scala di colori, dove ogni colore rappresenta una diversa temperatura; la temperatura più alta è generalmente visualizzata in bianco.

Applicazioni della Termografia a Infrarossi

L'uso di fotocamere termografiche è consigliato per l'ispezione di:

• Impianti di potenza, sia ad alta che bassa tensione.
• Quadri elettrici, connessioni, morsetti, trasformatori, fusibili e connettori elettrici.
• Motori, generatori elettrici, bobine, ecc.
• Riduttori, freni, cuscinetti, giunti e frizioni meccaniche.
• Forni, caldaie e scambiatori di calore.
• Impianti industriali e di condizionamento (HVAC).
• Linee di produzione: taglio, stampaggio, lavorazione termica.

Affidabilità e la Curva a Vasca da Bagno

L'affidabilità è definita come la probabilità che un componente o un sistema svolga il compito assegnato senza guasti durante un determinato periodo di tempo e in condizioni stabilite.

Per comprendere l'affidabilità, è necessario considerare i seguenti elementi:

1. Affidabilità vs. Inaffidabilità.
2. Densità di guasto.
3. Tasso di guasto o vita utile.
4. La curva a vasca da bagno (Bathtub Curve).

La Curva a Vasca da Bagno

La curva a vasca da bagno è un grafico che illustra i tassi di guasto durante il ciclo di vita di un sistema o di una macchina. Prende il nome dalla sua forma che ricorda la sezione longitudinale di una vasca da bagno. Essa evidenzia tre fasi principali:

• Guasti Iniziali (Infant Mortality): Caratterizzata da un tasso di guasto elevato che diminuisce rapidamente nel tempo. Questi guasti sono spesso dovuti a difetti di fabbricazione, installazioni improprie, errori di progettazione o procedure operative inadeguate.
• Guasti Normali (Useful Life): Fase con un tasso di guasto basso e costante. I guasti in questa fase sono generalmente causati da cause esterne e casuali (es. atti imprevedibili, uso improprio, eventi fortuiti).
• Guasti per Usura (Wear-out Failures): Fase caratterizzata da un rapido aumento del tasso di guasto, causato dall'usura naturale dei materiali dovuta al passare del tempo.

Questo concetto è uno dei dodici moduli stabiliti per la modellazione dei modi di guasto di dispositivi e sistemi.

Manutenibilità: Caratteristiche e Fattori Influenzanti

La manutenibilità è la probabilità che, se un macchinario o un impianto si danneggia, possa essere riparato in un tempo T, quando le operazioni di manutenzione (Mto) sono eseguite secondo le procedure definite. Può essere definita come la facilità di manutenzione.

Esistono tre tipi di fattori chiave che influenzano il tempo di riparazione di una macchina:

1. La corretta progettazione del sistema.
2. L'organizzazione corretta della manutenzione.
3. L'esecuzione corretta della riparazione.

Fattori di Progettazione

• Complessità della macchina.
• Peso dei suoi componenti.
• Visibilità e accessibilità dei componenti.
• Standardizzazione e miniaturizzazione.
• Componenti intercambiabili.
• Facilità di montaggio e smontaggio.

Fattori Organizzativi

1. Direzione del lavoro.
2. Formazione del personale.
3. Dimensionamento del modello di manutenzione.
4. Efficienza della gestione dei pezzi di ricambio.
5. Decentramento della manutenzione.
6. Disponibilità della documentazione.

Fattori di Esecuzione (Rendimento)

1. Abilità del personale addetto al lavoro.
2. Condizioni degli strumenti di lavoro.
3. Strumenti di misurazione e verifica.
4. Testabilità.
5. Preparazione del lavoro.

Analisi Vibratoria e Manutenzione Predittiva

Manutenzione Predittiva

Definizione di Manutenzione Predittiva: È una strategia basata principalmente sul rilevamento di un guasto prima che si verifichi, al fine di avere il tempo di correggerlo senza causare danni al servizio o interruzioni della produzione.

Questi controlli possono essere eseguiti periodicamente o continuamente, a seconda del tipo di apparecchiatura e del sistema di produzione. Si utilizzano strumenti diagnostici, prove non distruttive e l'analisi dei lubrificanti, oltre ai controlli di temperatura delle apparecchiature elettriche.

Vantaggi della Manutenzione Predittiva

1. Riduzione dei tempi di inattività (downtime).
2. Permette di seguire l'evoluzione di un difetto nel tempo.
3. Ottimizzazione della gestione del personale di manutenzione.
4. Verifica dello stato dei macchinari, creando un archivio del comportamento meccanico.
5. Conoscenza del momento esatto per intervenire, prevenendo problemi tecnici.
6. Supporto decisionale per l'arresto di una linea di macchine nei momenti critici.
7. Definizione di specifiche interne per il funzionamento o l'acquisto di nuove attrezzature.
8. Conoscenza della storia degli interventi, utile per la manutenzione correttiva.
9. Facilitazione dell'analisi dei guasti.
10. Permette l'analisi statistica del sistema.

Metodo di Analisi dei Guasti FMECA

Il metodo FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) è una tecnica di valutazione anticipata che permette di stimare la probabilità di guasto e, se questo si verifica, le conseguenze che esso comporta per la macchina o il sistema di produzione.

La valutazione del potenziale guasto di un componente o dell'intera attrezzatura consente di stimare la criticità (gravità x probabilità), offrendo la possibilità di organizzare azioni preventive per ridurre tali criticità.

La FMECA (che include l'analisi delle cause) permette un approccio preventivo, partendo da una buona conoscenza del comportamento dei sistemi esistenti e simili all'interno dell'azienda.

L'analisi si compone di tre fasi:

1. Qualitativa: Evidenziazione dei modi di guasto.
2. Quantitativa: Stima del numero a rischio.
3. Azione Correttiva: Implementazione di un piano d'azione correttiva.

La FMEA è caratterizzata da:

1. Lavoro di gruppo formalizzato.
2. Analisi dell'effetto potenziale prodotto da un dispositivo.
3. Utilizzo di criteri semplici e oggettivi.
4. Esistenza di criteri chiari.

Differenze e Analogie tra Curva a Vasca da Bagno per Componenti Elettrici e Meccanici

Nella curva a vasca da bagno, le prime tre aree mostrano differenze significative:

• Fase Iniziale: L'intensità del danno è maggiore a causa della recente installazione, mancanza di immunità ambientale, problemi di qualità o adattamento dei componenti. Nei componenti meccanici, dove i processi tribologici sono fondamentali, questa fase corrisponde a danni intrinseci al processo di fabbricazione o progettazione. Al contrario, nei sistemi elettrici, questo periodo è quasi trascurabile.

Nel settore elettronico, l'area di mortalità infantile ha una salita lunga, con una riduzione del tasso di guasto alla fine della fase. Nel settore meccanico, la pendenza è meno prolungata e il tasso di mortalità rimane molto alto alla fine della fase.

Durante la vita utile, il tasso di guasto nel settore meccanico è generalmente superiore a quello nel dominio elettronico, sebbene entrambi seguano lo stesso modello generale. L'ultima fase (usura) è molto più breve nel settore meccanico rispetto a quello elettronico. Si può affermare che la curva a vasca da bagno nel dominio meccanico è più vicina alla curva a vasca da bagno standard.

Concetto di Disponibilità e Fattori Influenzanti

La disponibilità è la probabilità che un bene esegua la funzione assegnatagli quando necessario. Essa dipende dalla frequenza con cui si verificano gli errori in un dato tempo (affidabilità) e dal tempo necessario per correggerli (manutenibilità).

Esistono diverse definizioni di disponibilità:

• La disponibilità media e quella operativa coincidono praticamente e sono i principali indicatori di efficienza della manutenzione.
• La disponibilità intrinseca è inerente alla progettazione della macchina da parte del costruttore.
• La manutenzione (Mto) influenza il miglioramento della disponibilità intrinseca attraverso la Mto preventiva, la preparazione del lavoro e le modifiche OMT.
• La Mto di supporto migliora la disponibilità operativa tramite il supporto logistico.

Una macchina sarà molto disponibile se, in caso di guasto, la riparazione è molto rapida, ovvero se è manutenibile.

La prontezza operativa di un impianto dipende da:

1. Design e struttura.
2. Manutenzione preventiva eseguita.
3. Tempo trascorso in fermo per manutenzione preventiva.
4. Tempi di riparazione attiva.
5. Tempo logistico e amministrativo.
6. Tempo del personale per la riparazione.

È logico che con maggiori mezzi di manutenzione si ottenga una maggiore disponibilità, ma non in modo lineare; infatti, per un'alta disponibilità è necessario un notevole incremento dei costi di manutenzione (IC Mto).

Curva di Vita Media di un Componente e Scelta della Tecnica di Manutenzione Corretta

La vita media di un pezzo viene tracciata su un grafico dove l'asse verticale rappresenta le ore di funzionamento e l'asse orizzontale il numero di pezzi. Ci sono due parametri chiave: R (oscillazione della vita probabile) e V (aspettativa di vita inferiore).

Se la vita media è molto bassa e l'oscillazione (R) è molto ridotta, la scelta della manutenzione predittiva (MHT) potrebbe non essere redditizia. Al contrario, se l'oscillazione della vita probabile è alta, si dovrebbe optare per la Manutenzione Correttiva (MOC) o altre strategie adeguate al rischio.